• The Journal of Engineering Geology
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• v.32 no.4
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• pp.697-723
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• 2022

Data-driven models to predict groundwater levels 30 days in advance were developed for 12 groundwater monitoring stations in the middle-Jeju watershed, Jeju Island. Stacked long short-term memory (stacked-LSTM), a deep learning technique suitable for time series forecasting, was used for model development. Daily time series data from 2001 to 2022 for precipitation, groundwater usage amount, and groundwater level were considered. Various models were proposed that used different combinations of the input data types and varying lengths of previous time series data for each input variable. A general procedure for deep-learning-based model development is suggested based on consideration of the comparative validation results of the tested models. A model using precipitation, groundwater usage amount, and previous groundwater level data as input variables outperformed any model neglecting one or more of these data categories. Using extended sequences of these past data improved the predictions, possibly owing to the long delay time between precipitation and groundwater recharge, which results from the deep groundwater level in Jeju Island. However, limiting the range of considered groundwater usage data that significantly affected the groundwater level fluctuation (rather than using all the groundwater usage data) improved the performance of the predictive model. The developed models can predict the future groundwater level based on the current amount of precipitation and groundwater use. Therefore, the models provide information on the soundness of the aquifer system, which will help to prepare management plans to maintain appropriate groundwater quantities.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.455-455
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• 2015

농업용수 수요량을 산정하는 방법으로서는 계측 및 추정방법에 따라 사용수량을 직접 계측하는 방법, 대표작물의 단위수량으로 추정하는 방법, 증발산 이론을 이용하여 추정하는 방법 등이 있다. 우리나라에서는 현실적으로 농업지역에서의 계측자료가 충분하지 못하고, 자연조건에 따라 크게 좌우되는 농업용수 특성상 증발산 이론에 의한 수요량 추정기법이 주로 적용되고 있으며, 그 중에서도 필요수량 개념의 접근법이 과거로부터 많이 활용되어 왔다. 이 방법은 경작지 내 작물의 생육에 필요한 수량을 공급하기 위한 목적으로 저수지나 관정 등의 시설용량 결정 및 계획 수립을 위해 활용되는 방법으로서, 1965년도 처음 수립된 수자원장기종합계획에서부터 현재까지 우리나라 농업용수 수요량 추정에 적용되어 왔으며, 제주도 수자원관리종합계획에서도 적용되었다. 또 다른 접근법으로서 유역에서의 물수지 관점에서 경작지 내 물 사용에 의해 감소되는 하천 수량을 산정함으로써 순물소모량을 추정하는 방법이 있다. 물수지 분석은 장래의 용수수요와 기준년의 자연유량을 비교함으로써 향후의 안정적 용수수급을 계획하기 위한 방법으로서 많이 활용되고 있다. 우리나라에서는 1977년 낙동강유역 하구조사 기술보고서에서 처음 순물소모량 개념을 도입하여 수요량을 추정하였으며, 이후 제3차 수자원장기종합계획(1991-2011), 21세기를 바라보는 수자원전망(1993) 등에서 이 방법을 통해 미래의 용수수급 전망을 분석한 바 있다. 본 연구에서는 제주도 지역의 수자원 부존량 해석 및 장래 용수 이용에 따른 수자원의 과부족 해석, 수자원관리계획 수립을 위한 목적으로 순물소모량 개념을 적용하였다. 제주도는 경지면적 중 밭의 비율이 99%이상이며, 대부분 관정에 의한 지하수를 이용하여 스프링클러 또는 점적관개에 의해 용수량을 공급하고 있다. 따라서, 제주도 지질 특성 및 밭작물 관개특성을 고려하여 제주도 지역에 적합한 순물소모량 산정식을 제안하고, 이에 따라 시험유역을 대상으로 대표작물(감귤, 콩 등)에 대한 순물소모량을 산정하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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• 2004.09a
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• pp.422-425
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• 2004

To understand runoff Phenomena in Jeju island, some streams are monitored automatically about stream stage, and water quality in Jeju Provincial Water Resources Management Office. Rating curves for stream discharge are reviewed. Stream stages respond very quick to some rainfall events, and parameters influencing runoff phenomena such as landuse, soil condition, preconditoned rainfall, and vegetables will be studied. A few thousand to ten thousand ml/day are estimated from 6 permanent streams in Jeju island.

• Proceedings of the Korean Environmental Sciences Society Conference
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• 2017.10a
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• pp.158-158
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• 2017

• Proceedings of the Korean Environmental Sciences Society Conference
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• 2016.10a
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• pp.268-268
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• 2016

• Proceedings of the Korean Environmental Sciences Society Conference
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• 2016.10a
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• pp.163-163
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• 2016

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.520-520
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• 2023

제주도 동부 중산간 지역은 화산암으로 구성된 지하지질로 인해 지하수위의 변동폭이 크고 변동양상이 복잡하여 인공신경망(Artificial Neural Network, ANN) 모델 등을 활용한 지하수위의 예측이 어렵다. ANN에 적용되는 활성화함수에 따라 지하수의 예측성능은 달라질 수 있으므로 활성화함수의 비교분석 후 적절한 활성화함수의 사용이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 5개 활성화함수(sigmoid, hyperbolic tangent(tanh), Rectified Linear Unit(ReLU), Leaky Rectified Linear Unit(Leaky ReLU), Exponential Linear Unit(ELU))를 제주도 동부 중산간지역에 위치한 2개 지하수 관정에 대해 비교분석하여 최적 활성화함수 도출을 목표로 한다. 또한 최적 활성화함수를 활용한 ANN의 적용성을 평가하기 위해 최근 널리 사용되고 있는 순환신경망 모델인 Long Short-Term Memory(LSTM) 모델과 비교분석 하였다. 그 결과, 2개 관정 중 지하수위 변동폭이 상대적으로 큰 관정은 ELU 함수, 상대적으로 작은 관정은 Leaky ReLU 함수가 지하수위 예측에 적절하였다. 예측성능이 가장 낮은 활성화함수는 sigmoid 함수로 나타나 첨두 및 최저 지하수위 예측 시 사용을 지양해야 할 것으로 판단된다. 도출된 최적 활성화함수를 사용한 ANN-ELU 모델 및 ANN-Leaky ReLU 모델을 LSTM 모델과 비교분석한 결과 대등한 지하수위 예측성능을 나타내었다. 이것은 feed-forward 방식인 ANN 모델을 사용하더라도 적절한 활성화함수를 사용하면 최신 순환신경망과 대등한 결과를 도출하여 활용 가능성이 충분히 있다는 것을 의미한다. 마지막으로 LSTM 모델은 가장 적절한 예측성능을 나타내어 다양한 인공지능 모델의 예측성능 비교를 위한 기준이 되는 참고모델로 활용 가능하다. 본 연구에서 제시한 방법은 지하수위 예측과 더불어 하천수위 예측 등 다양한 시계열예측 및 분석연구에 유용하게 사용될 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.458-458
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• 2017

증발산은 지표면으로부터의 증발이나 식물에 의한 증산에 의해 유역으로부터 물이 제거되는 주요 기작으로서, 유역 물수지 관점에서 보았을 때 강수량과 증발산량의 차이로부터 유출이나 함양되는 양을 추정할 수 있다. 제주도의 경우에는 수자원 이용량의 약 84%를 지하수에 의존하고 있으며, 한편으로 제주도의 지질학적 특성으로 인해 일정 규모 이하의 강수량은 지표유출이나 중간유출의 과정없이 대부분 지하로 침투되기 때문에, 증발산량을 정확하게 파악하는 것이 지하수 함양량의 추정과 제주도 전체 수자원 계획에 큰 영향을 주게 된다. 정확한 증발산량 파악을 위해서는 지속적인 관측과 전문적인 계측장비 등에 의한 직접적인 방법이 있으나 광범위한 유역 단위의 관측값을 확보하는 것이 현실적으로 어렵기 때문에, 물수지법, 열수지법, 공기역학적방법 및 조합방법 등의 간접적인 방법이 많이 활용되고 있다. 간접적인 방법으로 많이 활용되고 있는 Penman-Monteith 법은 일 단위 기반의 정확도 높은 증발산량을 추정할 수 있는 장점이 있으나, 작물생육단계 및 토양수분, 기상 등 많은 변수들에 대한 입력을 요구하고 있기 때문에 복잡한 모델링 과정을 수반하게 되는 단점을 내포하고 있다. 반면, Morton (1978)의 CRAE (Complementary Relationship Areal Evapotranspiration)나 Priestly and Taylor (1973)의 AA (Advection-Aridity)와 같이 잠재증발산량과 실제증발산량간의 보완관계를 이용하는 방법은 지역적인 인자 또는 가용 수분에 대한 조건없이 몇 가지 기상자료만으로 유역의 증발산량을 산정할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 제주도 지역의 4개 하천유역(한천, 천미천, 강정천, 외도천)을 대상으로, Penman-Monteith 법을 적용한 SWAT 모델링를 통해 얻어진 유역의 실제증발산량과 잠재증발산량으로부터, 고도에 따른 기상특성을 반영하여 증발산 보완관계를 검토하였다.

• Economic and Environmental Geology
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• v.40 no.1 s.182
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• pp.129-140
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• 2007

CFC(CFC-12, CFC-11 and CFC-113) analytical system for air and water was constructed using a customized purge and trap extraction device and a gas chromatograph with an electron capture detector. Sampling methods of air and water for CFCs were also established. The analytical system was experimentally optimized to result in reproducibilities of triplicates less than 2% for current air samples and less than 5% for groundwater samples with CFC-12 concentration of 160 to 180 pg/kg, and verified with respect to the CFC system in USGS, which showed analytical results were in agreement within 10%. CFCs in air were monitored at three sites over 19-month period in the central part of South Korea, and the result indicates no significant local sources of CFCs in those areas. For groundwater in Jeju Island, CFCs were measured over a year with a two-month interval. The time-series data showed seasonal fluctuations which could be interpreted by the effect of recharge pulse derived from large amount of rainfall during monsoon period with a few month delay, which indicates high permeability of basaltic rocks in Jeju Island.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.40 no.6 s.179
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• pp.469-483
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• 2007

Nitrate and chloride are the most common contaminants in groundwater and their concentrations increase easily due to fertilizer consumption and urbanization. The number of time series data for groundwater quality at a single site was not sufficient to analyze trends on Jeju Island. Therefore rectangle grids were drawn for the whole island and single grid was determined to be $500m{\times}500m$ after considering similar stream density, homogeneous hydraulic coefficients, geologic features of volcanic rock and low topographic slopes. All data within each lattice were collected and arranged in time series order and analyzed using Sen's method. 10.6 % of the total lattices for chloride and 22.4% for nitrate showed upward trends from the early 1990's to the early 2000's. Especially, upward trends for nitrate concentration are distinct in the low mid-mountainous areas of western and southern watersheds. Many septic tanks and much domestic waste from the urbanization of the low mid-mountainous area have produced this upward trend. Additionally, the agricultural region has dramatically increased since the 1990's and this has led to an increase of fertilizer consumption and, as a result, nitrate concentration. Therefore, the target of any management plan for groundwater quality on Jeiu Island needs to be focused on careful land use decisions in the mid-mountainous areas which are near Halla Mountain.